超吸水树脂范文

超吸水树脂范文（精选6篇）

超吸水树脂 第1篇

关键词：钠离子,吸水过程,动力学

目前制备高吸水性树脂用的较多的是用部分中和的丙烯酸和丙烯酰胺共聚得到,其中加入一定量的交联剂使其具有一定的交联度,从而形成具有一定空间网络结构的高分子聚合物。在吸水时能够撑开网络而不致使溶解。从吸水树脂的吸水机理来看,其中一个很重要的吸水动力是因为水相的进入,从而导致-COONa或者-COOH发生电离,致使网络上阴离子增加,静电斥力增加使网络展开;另一方面网络空间阳离子增加,使渗透压增大,从而增加吸水动力[1]。在此过程中,钠离子是否发生迁移(或者说交换)又或者为了维持网络中的电中性而始终处在网络中间呢?目前对树脂的吸水过程缺少理论研究,大部分都是树脂的应用研究。本方法通过测定高吸水性树脂在吸水过程中钠在树脂和溶液中的行为,从理论上来描述其吸水过程。

1 实验部分

1.1 主要原料

丙烯酸(AA),丙烯酰胺(AM),N’,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA),NaOH,NaHSO3,(NH4)2S2O8都是天津福晨化学试剂厂产品,均是分析纯。

1.2 测试仪器

等离子发射光谱(ICPA),美国热电公司。

1.3 制备方法

用定量氢氧化钠中和一定的丙烯酸,并加入一定量的丙烯酰胺和交联剂,搅拌均匀,然后至于已达到反应要求温度的超级恒温水浴锅中,待反应液达到反应温度,再加入氧化还原引发剂[NaHSO3,(NH4)2S2O8],搅拌,反应。待反应液不再流动,将其转移到60℃烘箱中干燥至恒中,并粉碎。取60～100目的产品备用。

1.4 钠离子检测

称取1.3中的产品0.1±0.0001g放入装有150mL去离子水并置于磁力搅拌环境下的烧杯中。第一次放入2min后取烧杯中溶液15mL待测,然后将烧杯中溶液倒掉,重复上述操作;第二次放入4min后取烧杯中溶液15mL待测,如此反复,时间每2min递增 (具体变化时间可见图2)。将制得的样品,用ICPA检测其中纳离子的含量。

1.5 样品静止吸水过程

将1.3中制得的样品称取0.1±0.0001g,放入一茶叶袋中,然后将茶叶袋放入盛有150mL去离子水并置于磁力搅拌下的烧杯中。每隔2min将茶叶袋提出水面静止1min,然后称量茶叶袋与样品吸水后的总质量。称量后再放入烧杯中(具体时间间隔可见图3)。

1.6 样品流动吸水过程

将1.3中制得的样品称取0.1±0.0001g,放入一茶叶袋中,然后将其至于流动的去离子水中。具体操作如图1。每隔2min将茶叶袋移出,静止1min,然后称量茶叶袋与样品吸水后的总质量(具体时间间隔如图4所示)。

2 结果与讨论

2.1 吸水过程中Na+行为分析

从图2可看出,随着时间的延长,去离子水中钠离子的含量先是增加但随后又减低,最后趋于稳定。从开始到14min这一过程,去离子水中钠离子的含量急剧上升达到最大。这说明了在这一吸水过程中,纳离子大量且快速的迁移到外面,这主要是因为吸水开始,大量自由水进入凝胶网络,-COONa电离,网络内部钠离子浓度增加,内外渗透压差增大,进一步导致大量自由水进入[2];同时由于不存在半透膜,钠离子向着自由水相反的方向移出到外部,随着自由水的大量进入,增大了凝胶的网络孔道和网络空间,使得-COO-对Na+的静电束缚相对减弱。为了使静电平衡,此过程中必定发生了离子交换,Na+与H+发生了交换,生成了电离度相对较弱的-COOH基团,而屏蔽了-COO-的静电斥力,使凝胶网络的展开变慢,出现了如图2中0～8min左右钠离子快速增加,而8～14min速度则相对较慢。当达到最大迁移后,溶液中钠离子含量又开始下降,这是由于随着钠离子的移出,网络中pH值减低而溶液中pH值增加,钠离子必定又会进入网络中以达到迁移,进入平衡,从而出现图2中14min以后到40min左右钠离子含量逐步减低。从图3可以看出,这是由于凝胶网络的弹性收缩开始占据主导作用,开始慢慢收缩,分子网络结构经过调节以后形成一稳定的构型。吸水倍率有所下降,网络中静电斥力与收缩力慢慢趋于平衡[3],最终达到吸附平衡。如图2中,40min以后钠离子含量趋于平衡,且含量较低。符合客观现象。

2.2 静止吸水过程分析

从图3可知,在盛有一定量去离子水的烧杯中,在0～12min内,凝胶迅速达到吸水最大值,这主要有以下几个原因:(1)较大的内外渗透压;(2)内部较大的静电斥力,使网络迅速展开。这正好符合图2中钠离子的行为,在12～14min中钠离子继续与氢离子交换,移出。这一过程中渗透压降低,从而导致网络内部静电斥力降低,网络开始弹性收缩,吸水倍率开始下降。而后吸水倍率继续降低,是因为部分未反应、未交联好的低分子聚合物开始溶解,网络重新调整,导致整体吸水倍率下降。接着如图2随着纳离子的“回归”,渗透压增加,吸水率又开始上升,最后渗透压,内部静电斥力,网络收缩弹性达到一动态平衡过程[4]。吸水倍率达到稳定状态。

2.3 流动吸水过程分析

从图4可以看出,在流动的去离子水中,树脂在0～10min内达到最大吸水倍率,其原因与2.2中静止水中吸水过程基本一致。但是10min后树脂的吸水倍率是一直减低的。从2.1中可知,在吸水过程中纳离子是先迁移到外部溶液或者说被氢离子交换,在流动的水中,迁移出一点钠离子,就会被流水带走[5]。因此,按常理,在流动的水中,内外的渗透压始终都存在很大的差别,吸水速率应该相对较快。这可以解释,流动水中10min就达到吸水最大值,比静止时提前2min。但为什么而后却一直降低呢?其主要原因是,与静止时一样,部分未反应、未交联好的容易溶于水,被流水带走;又因为钠离子被流水带走,没有钠离子的“回归”,网络中-COOH电离度小于-COONa,静电斥力逐渐减少,网络中弹性收缩力始终大于静电斥力,凝胶始终达不到动态吸水平衡;最后网络内部只有极少量的钠离子,因此吸水动力只有-COOH和-CONH2的亲水性[6]。故吸水倍率逐渐降低。

3 结论

通过对钠离子吸水过程中的迁移行为的研究,和不同水环境的吸水过程的考察,经过上述分析得出如下结论:在树脂吸水过程中,钠离子是会发生迁移的,不会一直处于树脂网络中;但为了保持网络中的电中性,可认为在一段时间内,钠离子被去离子水中的氢离子交换,而后钠离子又回到网络中。钠离子的行为决定了树脂的吸水过程。在静止吸水过程中,钠离子的总量没有没发生变化,只是钠离子(图2中)所表示的行为导致了在静止吸水过程中的特点。为了证明钠离子对吸水过程的作用,设计的流动吸水过程中,它与静止吸水过程的不同就是迁移出的钠离子随流水带走,从而就出现了不同的吸水过程。因此,在研究树脂吸水动力学时,必须考虑钠离子的迁移行为。

参考文献

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高吸水树脂的性能及农业应用展望 第2篇

关键词：高吸水树脂；保水；农业应用

中图分类号： TQ320.79 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0016-02

收稿日期：2013-08-01

基金项目：江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（13）3031]。

作者简介：徐磊（1985—），男，江苏盐城人，硕士，助理研究员，主要从事先进材料在农业中的应用研究。E-mail：xuleijy@gmail.com。高吸水性树脂（super-absorbent polymer，SPA）又称超强吸水剂，是一种新型的功能高分子材料，吸水能力可达自身质量的数百乃至数千倍。与普通吸水或吸湿材料（如脱脂棉、海绵、琼脂、硅胶、氯化钙和活性炭等）相比，高吸水树脂含有大量化学亲水基团，具有吸收水分溶胀、保持水分不外流的优异性能，吸水量大，吸水速度快、保水能力强，广泛应用于农业、林业、卫生行业、工业堵漏材料等[1-5]。近几年来，关于高吸水树脂在农业方面的应用越来越受到重视，它在农林、园艺中作为土壤保水剂被广泛使用，通过迅速吸收自身重数百倍乃至千倍的水，然后从土壤中慢慢释放出来，不仅能提高土壤保水性能，还能提高土壤的保肥能力，既能促进植物根系的生长，又具有提高出苗率、移栽成活率等作用[6-9]。美国20世纪70年代开始在玉米、大豆上应用高吸水树脂，目前已成为美国农场主、林业主、苗圃商、庭园主及其“绿色”产业改善水分管理的重要工具；法国、英国、意大利、埃及常在干旱地区使用保水剂改良土壤；日本20世纪80年代大量生产土壤保水剂，出口中东国家用于沙漠地区的种植业。我国对保水剂的研制与应用较晚，目前已引起了各方面的重视[10-13]。

1高吸水树脂的分类

高吸水性树脂发展很快，种类日益增多，原料来源也相当丰富。高吸水性树脂是一类具有亲水基团和交联结构的大分子聚合物，最早由Fanta 等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得，在分子结构上带有大量的化学亲水基团，具有低交联度，部分结晶结构不尽相同，形成了一些各自不同的特点。高吸水树脂按原料划分，可分为合成聚合物系、淀粉系、纤维素系3大类。

1.1合成高分子高吸水性树脂

合成高分子高吸水性树脂的原料大多来源于石油化工，如聚乙烯磺酸盐、交联丙烯酸盐聚合物、聚不饱和羧酸及其衍生物、聚乙烯基醚等，原料丰富易得，相关产品主要为改性聚乙烯醇和聚丙烯酸盐系列。

聚丙烯酸盐类高吸水树脂与淀粉等天然高分子接枝共聚物相当，吸水率高，而且由于分子中没有多糖结构，产品不易腐败，凝胶强度高，结构稳定，产品综合性能好，具有生产效率高、工艺简单、生产成本低、吸水能力强、产品保质期长等优点，成为当前该领域的研究热点。

聚乙烯醇类高吸水性树脂工艺相对复杂，成本较高，但由于聚合物中存在亲水性官能团—OH，因而除了具有一般吸水性树脂的性能外，还具有其他吸水树脂所不具备的优良性能，如耐盐性好、凝胶强度高。与其他吸水树脂相比，聚乙烯醇类高吸水性树脂具有的最大优越性在于吸水后易向土壤、沙层释放，可保持土壤的湿润，是解决全球性粮食问题和改造沙漠问题的一种重要的可能途径，在这方面国内只有少数单位开展了相关工作。

目前，世界高吸水树脂生产中聚丙烯酸盐类占到80%，该类吸水树脂被广泛应用于食品、卫生等行业，研究已相对成熟，但在农业应用方面少有成效，主要是因为聚丙烯酸盐类与土壤混合后，在短时间内可以起到一定的保水作用，但随着反复使用次数的增多，吸水与保水能力大幅度下降。聚乙烯醇类吸水树脂在农业上的应用也遭遇同样的难题。因此，合成聚合物系高吸水树脂在工业、卫生领域应用已经非常成熟，占据现有吸水树脂的大部分市场，但在农业上，由于其重复吸水次数少而限制了其应用。

1.2淀粉系高吸水树脂

淀粉系高吸水性树脂一般由天然淀粉改性处理得到。由于天然淀粉原料来源丰富、价廉，因而受到人们的普遍关注，这方面的研究开发也较多。为降低该类高吸水性树脂的成本，淀粉原料主要采用价位比较低的马铃薯淀粉、玉米淀粉等。淀粉改性一般进行接枝共聚改性或羧甲基化處理。在淀粉接枝共聚改性方面，常与之接枝的有丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯等单体，生产时一般需经过糊化和碱水解等工艺处理。淀粉系高吸水性树脂按照淀粉接枝基团的不同又可分为淀粉接枝丙烯酸盐类高吸水性树脂、淀粉接枝丙烯酰胺类高吸水性树脂、淀粉接枝多种类型单体合成高吸水性树脂3类。天然淀粉类高吸水性树脂具有吸收能力强、吸收速度快、原料来源丰富、价格较低廉、用途较广泛等特点；但是因其含有淀粉，表现出耐热性较差、长期保水性不足、吸水后易积聚成团等问题，且容易发生腐败分解，难以长期贮存。

1.3纤维素系高吸水树脂

纤维素类高吸水性树脂吸水性能比较差，通常需要借助化学接枝的方法来改善其吸水性。纤维素类接枝方法主要有2种，一是直接与亲水性单体接枝共聚，这种方法与淀粉接枝类似；二是将一氯乙酸与纤维素反应，引入羧甲基后再用交联剂进行交联而成，用这种方法生产的高吸水性树脂吸水率仍然不高，易受微生物分解而失去保水功能，一般主要用于制作高吸水性织物，通过与合成纤维混纺，改善产品的最终性能。

纤维素类高吸水性树脂较低的吸水能力是限制其得到更加广泛应用的重要原因。将纤维素类吸水树脂与其他材料复合，进而制备特定的功能性材料，是该类高吸水性树脂发展的重要方向，如用于制备高吸水乙酸纤维素胶囊膜等。

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2高吸水树脂的农业应用前景分析

高吸水树脂可吸收大量水分，保水性非常强，具有吸水可逆性，在农业保水抗旱、节水、农作物增产、植树造林、沙漠治理、作种子保水剂、提高发芽率、防止根部干燥、减少移植休克、提高成活率等方面都具有广泛的用途。它可以作为土壤的改良剂与保水剂，用以改良土壤的团粒结构，增加土壤的透气性和透水性，缩小土壤的昼夜温差，大大增强抗旱效果，还能吸收肥料、农药，防止肥料、农药以及水土流失，并使肥料、农药、水缓慢释放，增强肥料及农药使用效果。此外，高吸水性树脂也用于无土栽培、菌种培育和培养、蘑菇培育和生产、农业及园林等作物产品生产以及果实、蔬菜及鲜花的生产与保鲜、保水、储存、防霉、防腐等，许多国家还用它改造沙漠。我国从20世纪80年代开始研究高吸水性树脂，已广泛用于粮食作物、经济作物、花卉、蔬菜、果树林木、草坪培植等方面。

目前，高吸水性树脂在农艺园林方面的应用还非常有限，主要是因为它的成本相对较高，而且在土壤中吸水能力不够，反复使用性较差，但高吸水性树脂在农业方面的应用还具有很大潜力。今后，应重点开发高吸水、保水并能反复使用且成本较低的高吸水性树脂，进一步加强利用高吸水性树脂改良干旱贫瘠土壤，特别是改造沙漠方面的研究[14-15]。

3发展方向

我国高吸水性树脂研究工作起步较晚，从20世纪80年代才陆续开展相关研究。北京轻工业学院等单位进行的“九五”重点课题“高吸水性树脂在农业上的应用技术”研究，已经通过中试，进入后期应用试验阶段；吉林省将高吸水性树脂用于苗木移栽，新疆、河南和甘肃等省（市、区）用其改良土壤，但由于高吸水性树脂价格较高，收效不是十分明显。

淀粉类高吸水性树脂降解性能好，原料来源广泛，对环境不造成污染，成为高吸水性树脂领域的研究重点。将淀粉类高吸水性树脂应用于农业生产，需降低生产成本、提高产品适应性和重复吸水、释水的能力，克服在应用中发生霉变等难题。因此，可以从以下几个方面开展研究：（1）选择优良的引发剂，使其具有高引发效率且降低引发成本。目前新的研究动向是将树脂与复合材料混合，通过聚合反应来制备复合型高吸水性树脂。（2）改进产品的合成工艺路线，如用新型接枝交联合成技术来提高吸水速率，或将反应与干燥一步进行，即将反应单体放入鼓风烘箱中，在高温作用下使反应与干燥一步进行，大大降低生产成本。（3）从改性原料入手，应用变性淀粉或在淀粉上接枝共聚功能单体单元，提高树脂的性能，扩大应用范围。

4小结

淀粉类高吸水性树脂具有较好的吸水和保水能力，对它的研究越来越受到各国的重视，将它用在农林业上，不但可以提高树木的成活率、治理土地沙化，更重要的是，使用完后不给环境造成污染，能够最大限度体现农业价值，具有很高的社会、经济效益。目前高吸水性树脂的研究工作主要集中在合成系高吸水性树脂方面，其应用也局限于卫生行业，在农业中还少有基础理论研究及相关数据支撑，因此加强这方面的研究工作十分迫切。

参考文献：

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超吸水树脂 第3篇

高吸水性树脂吸水主要原因在于水相界面和高分子固体之间存在自由能差[4,5],高吸水性是由于它的化学结构和聚集态中的极性基团有关。吸水树脂在应用过程中,当溶液中有盐分存在时,其吸水能力只有其原来的10%左右。如卫生用品尿不湿在应用时,尿液就含有一定量的盐分,这会降低吸水性树脂的吸收能力。在保湿性化学肥料中,大部分也是含有钾钙磷的无机盐,也会显著降低吸水性树脂的吸水能力。树脂在吸水前,高分子长链相互缠绕在一起,彼此交联成网状结构,树脂网状结构中含有一定数量的亲水离子,固定在吸水树脂的电荷密度越高,亲水基团与水分子的水合作用产生网内外离子浓度差就越大,渗透压就越大,吸水能力就越强。当外部溶液中含有盐分时,外部溶剂的离子强度就增大,树脂网络内外的渗透压差就降低,另一方面固定在树脂上的电荷也会受到外界离子的屏蔽,降低静电斥力,同时导致了三维网状结构的减小,这种三重作用导致了吸水能力的迅速下降。

最近也有许多文献报道用微波方法与凹凸棒合成超强吸水性树脂[6],耐盐性吸水树脂的合成研究较少且吸水树脂的耐盐效果并不理想[7]。本方法以丙烯酸、丙烯酰胺为原料合成高吸水性树脂,对反应条件进行优化,并从理论上进行说明超吸水性树脂合成过程中的原理。

1 实验部分

1.1 试剂和主要仪器

丙烯酸(分析纯),天津化学试剂厂;丙烯酰胺(分析纯),杭州化学试剂厂;氢氧化钠(分析纯),杭州化学试剂厂;螯合剂乙二氨四乙酸(EDTA),国药集团上海化学试剂厂;乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA),国药集团上海化学试剂厂;聚乙二醇,上海诚心化学试剂厂;交联剂N-N二甲基双丙烯酰胺,引发剂过硫酸铵(分析纯),杭州化学试剂厂;磁力搅拌器,烘箱,电子天平。

1.2 高吸水性树脂的制备

用量筒量取一定量的丙烯酸单体,配制30%的氢氧化钠溶液中和到一定的中和度,称取一定量的丙烯酰胺搅拌溶解,加入少量的螯合剂,并加入一定量的交联剂N-N-二甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸胺,搅拌均匀后,置入反应器中于一定的温度下发生反应,产物即为高吸水性树脂;将此高吸水性树脂置于60℃烘箱中烘至恒重,得到透明的树脂。干燥后将树脂破碎,密闭保存。

1.3 树脂吸水率的测定

树脂吸水率测定装置见图1。

将酸式滴定管和碱式滴定管用透明软管连接后固定在铁架台上,碱式滴定管上方插入一锥形漏斗,漏斗柄处用橡皮圈套住,并用凡士林密封。锥形漏斗里用薄型快速定性滤纸折成锥形,紧贴漏斗内壁。

向碱式滴定管连接的锥形漏斗内加蒸馏水,打开酸式滴定管的活塞,使酸式滴定管中液面缓慢上升至零刻度,同时调节碱式滴定管高度,使碱式滴定管中的液面刚好达到锥形漏斗底部,并注意透明软管中是否有气泡。

常温下称取约0.1g高耐盐性吸水树脂,倒入锥形漏斗底部,将酸式滴定管缓慢抬高约15cm,此时与碱式滴定管相连的锥形漏斗内的液面也会缓慢升高,并浸没高耐盐性吸水树脂15min后,待吸水树脂完全吸水,调节酸式滴定管高度,使碱式滴定管液面仍保持在锥形漏斗底部,此时读出酸式滴定管中空气柱的刻度,即为高耐盐性吸水树脂的吸水量。

2 结果与讨论

2.1 中和度对树脂吸水率的影响

丙烯酸是合成高吸水性树脂最常用的单体之一,纯丙烯酸极易爆发聚合,聚合后其结果是水溶液中聚合物的分子量低,黏附性大,难处理。丙烯酸作为一强酸,其酸度较强,在聚合前,一般用强碱氢氧化钠进行中和,将丙烯酸变成丙烯酸钠盐。当吸水性树脂浸在水中时,树脂中的羧酸钠盐发生电离,这样在高分子的立体网络构造的分子间,存在可移动的离子对,由于高分子电解质电荷吸引力的强弱不同,维持树脂的电中性,Na+不能向树脂外部扩散,造成可移动离子Na+的浓度在高吸水性树脂的内侧往往比外侧高,形成了渗透压。渗透压会进一步使树脂外部的水分吸入树脂内部。随着树脂内部羧酸根离子和钠离子浓度的增加,相对应的羧酸根之间的斥力和钠离子之间的斥力也会增加,使树脂网络间的溶胀能力增强,使得空间变大,能够吸收更多的水分。但水分子扩张到一定程度时,树脂内各亲水性基团会受到氢键的影响从而达到一个平衡。

当丙烯酸中和度低时,交联基团增多,容易爆聚,很容易形成紧密收缩的交联网格,从而使得吸水率也降低。由图2可看出,当中和度达到80%时,吸水率达到最大。当中和度过大时,离子间的静电作用力增大,交联网格不稳定,树脂的吸水能力下降。而中和度对树脂吸收盐水的能力变化不大,这是因为中和度变化仅仅改变树脂内羧酸盐浓度,相对而言,树脂内羧酸盐浓度的变化要远远低于树脂外部盐的浓度,因此中和度对吸收的盐分就比较小。

2.2 反应温度对树脂吸水率的影响

温度影响着聚合反应的速度,温度低时,聚合反应速度理论上较慢,聚合度较低,树脂的吸水率下降;温度过高时,理论上聚合反应比较剧烈,反应不易控制,而且链反应终止也快,聚合度降低,吸水率也下降。反应温度对吸水率和吸盐水的影响见图3。实验中发现,反应在60~80℃时,合成的高吸水性树脂其吸水率没有明显的变化,由于长时间烘干过程的影响,可能在这个温度区间,反应都能够比较充分。

2.3 丙烯酸与丙烯酰胺配比对树脂吸水率的影响

丙烯酸与丙烯酰胺共聚,其配比直接影响树脂吸水或吸收盐分的性能。丙烯酸和丙烯酸钠盐是离子型亲水单体,而丙烯酰胺是非离子型亲水单体,非离子型亲水单体靠亲水官能团的亲水性与水分子形成氢键,从而具有吸水能力。在丙烯酸与丙烯酰胺的共聚形成的树脂中,离子型亲水基团-COO-Na+与-CONH2产生协同效应,降低了吸水过程中的同离子效应和盐效应,使吸水率提高。而丙烯酰胺在水溶液中不离解,主要受氢键吸水能力的影响,不受离子型丙烯酸盐的渗透压的影响,因此其吸水性能受Na+浓度影响很小,因此加入非离子型单体可以提高吸水性树脂的耐盐性。但引入的丙烯酰胺过多时,吸水率或吸盐率就会下降,这主要是因为羧酸盐通过渗透压作用,吸水能力要远远强于丙烯酰胺的氢键作用吸收的水分。因此,吸水性树脂吸水率或吸盐率的最大值是多种作用妥协的结果。从图4可以看出,当丙烯酸与丙烯酰胺的质量配比为8∶2时(即丙烯酸含量为80%),吸收水分和吸收盐分的效果达到最佳值。

2.4 螯合剂的种类对树脂吸水率的影响

根据Flory公式,当外部溶剂有盐存在时,其离子强度较大时,由于渗透压作用的减弱,树脂的吸收盐水能力会显著降低。当树脂中加入乙二胺四乙酸(EDTA),乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA),聚乙二醇(PEG)等螯合物时,可降低金属离子对丙烯酸聚合物链溶胀的抑制作用,从而提高吸水树脂的耐盐性。这些螯合剂都可以络合金属离子,不同螯合剂对树脂吸水和吸盐水效果见图5所示。

由图可看出,EGTA和EDTA加入后,树脂的吸水能力有显著的提高,而且EGTA效果优于EDTA,主要的原因可能是EGTA链长长于EDTA,使得树脂空间的溶胀作用更强。而聚乙二醇的加入对吸水效果和吸收盐水效果影响较小。

2.5 引发剂和交联剂对树脂吸水率的影响

由于过硫酸铵的分解温度比过硫酸钾的分解温度低,实验采用过硫酸铵作引发剂。理论上当引发剂和交联剂用量较少时,引发或交联不充分,聚合度降低,导致吸水率下降;当引发剂用量很大时,聚合速度太快会容易导致爆聚。我们发现引发剂在0.05%就足够引发整个聚合反应。交联剂的用量直接影响产物分子的网络结构,交联剂较高时,交联密度增大,交联点增多,靠交联点形成的网格空间则变小,能吸收的自由水或盐水也相应地减少。当交联剂用量为0.01%时,高吸水性树脂的吸水率和吸盐水率可达到最佳值。

3 结论

以丙烯酸和丙烯酰胺共聚得到了高吸水性树脂,并且对盐水也具有良好的吸收性。通过添加EGTA类螯合剂,其吸水率和吸盐率都得到显著地提高。最优化的实验条件为:丙烯酸:丙烯酰胺配比为8∶2,中和度为80%,引发剂为0.05%, 交联剂为0.01%,螯合剂EGTA为0.05%, 温度为60℃,其吸水率最大值为937 g/g,吸盐水率最大值为197 g/g(0.9% NaCl溶液)。同时本方法所采用的吸水性树脂吸水率测定装置相当简便,实用,能准确测定树脂的吸水率。

摘要：以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸铵为引发剂,乙二醇二乙醚二胺四乙酸为螯合添加剂合成了耐盐性良好的高吸水性树脂。实验发现乙二醇二乙醚二胺四乙酸能够显著地提高树脂吸水能力,吸收去离子水从600g/g提高到937g/g,吸收盐水从120g/g提高到197g/g,并对影响吸水率的各种条件做了详细的分析。

关键词：吸水树脂,丙烯酸,耐盐性,EGTA,吸水率

参考文献

[1]刘晓莉,马友华,刘莎莎,等.肥料对保水剂吸水性的影响[J].西南农业学报,2004,17:154-156.

[2]邹新禧.超强吸水剂[M].北京:化学工业出版社,2002.

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[6]陈日清,储富祥,金立维,等.一种耐盐保水剂的制备及其性能研究[J].南京林业大学学报,2006,30:33-37.

超吸水树脂 第4篇

（1. 安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南232001；2. 安徽理工大 学化学工程学院，安徽淮南232001）

摘要： 对不加引发剂和无氮气保护情况下微波辐射合成共聚高吸水性树脂进行研究。以N，N′-亚 甲基双丙烯酰胺（NMBA）为交联剂，采用水溶液聚合法合成淀粉/丙烯酰胺(AM)/2丙 烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）共聚高吸水性树脂，研究了单体配比，反应pH值，交联剂用 量，淀粉含量及微波辐射功率对树脂吸水率的影响。结果表明在最优条件下得到的吸水树脂 最大吸蒸馏水率为2 260 g/g，FTIR和偏光分析证实合成的树脂为网状接枝共 聚物。

关键词：微波辐射;淀粉;高吸水性树脂

中图分类号：TQ316.31文献标识码： A[WT]文章编号：16721098(2008)02005904

Study on Synthesis of Super Absorbent Copolymer

Starch/AM/AMPS by Microwave Irradiation

WANG Yanli TAN Dexin WEI Guangchao2

(1. School of Materials Science and Engineering, Anhui University ofScience and Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2. School of Chemical Engin eering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001,China) Abstract: Synthesis of super absorbent copolymer by microwave irradiation witho ut initiator and nitrogen atmosphere was studied. Using N, N′-methylenebis acrylmide (NMBA) as crosslinker, a super absorbent copolymer starchacrylamide( AM)2acrylamido-2methylpropanesulfonic acid(AMPS) was prepared in an aqueous sol ut ion. The influence of reaction conditions like monomer proportion, pH value, dos age of crosslinker, concentration of starch and microwave radiation power on wat er absorbency was investigated. The results showed that the highest absorbency o f copolymer was 2 260(g/g) for distilled water in optimized conditions. FTIRandmicroscope analysis demonstrated that the copolymer has trinary network structu re.

Key words:microwave irradiation; starch; super absorbent cop olymer

高吸水性树脂是近几十年来发展起来的新型功能高分子材料，由于其优异的性能使其在国民 经济及人们的日常生活中起到越来越重要的作用［1］473635。和传统的方法相 比，微波辐射法由于简单易行，反应时间短等优点，使其在高吸水性树脂制备领域得到了广 泛的应用。李云雁等用过硫酸钾做引发剂，利用微波法合成了玉米淀粉/丙烯酸 高吸水性树脂；K.Xu等用过硫酸铵做引发剂，微波辐射合成了淀粉/AMPS/丙烯 酸钠高吸水性树脂；修娇等以过硫酸钾做引发剂，微波辐射合成淀粉/丙烯酸/ 聚乙烯醇三元共聚高吸水性树脂［24］1 0501 054；这些合成反应都是通过引发 剂分解产生自由基而引发聚合 反应，本文在不加引发剂和无氮气保护的条件下，利用微波辐射技术合成淀粉/丙烯酰胺/2 丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸（AMPS）共聚高吸水性树脂，研究了反应条件对树脂吸水率的 影响，并对其结构进行了表征。

1实验

1．1实验原料及仪器

丙烯酰胺(AM)：AR，天津市福晨化学试剂厂。2丙烯酰胺-2甲基丙磺酸(AMPS)：工业品 ，山东寿光联盟精细化工有限公司。N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)： CP， 曹杨第二中 学化工厂。 可溶性淀粉： AR， 南京化学试剂有限公司。 微波化学反应器： 南京陵江科 技开发有限责任公司。 VECTOR 33傅立叶变换红外光谱仪： 德国Bruker公司。

1．2高吸水性树脂的制备

在50 mL的烧杯中将一定量的AMPS溶于水，用NaOH溶液调pH，再依次加入AM、淀 粉、交联剂NMBA，[JP1]搅拌使其溶解均匀，迅速将烧杯放入微波炉中，先使淀粉糊化，搅拌均 匀后放入微波反应器中反应，一定时间后取出，提纯、干燥粉碎即得粗产品。将其放 入蒸馏水中，在约70 ℃水浴下搅拌约1 h，过滤、干燥、粉碎后即 得纯化产品，树脂吸水性能的测试按相关文献［1］404测得。

2结果与讨论

2．1单体配比对树脂吸水倍率的影响

固定pH为3.16，NMBA含量为0.02%，微波功率130 w，反应时间6 mi n，淀粉含量10%。不同的单体配比对树脂吸水率的影响如图1所示，由图1可见，AMPS与AM摩 尔比 为1∶1.2时，树脂吸水率最大，而随着AMPS的用量增大或减小时，树脂的吸水率下降。因为 开始时AMPS的量比较大，SO-3的电荷密度较大，聚合物链之间排斥力较大［3］1053，吸水倍率较小；随着AM用量增加，共聚反应发生的几率较大, 聚合物网络为AMPS与 AM共 聚骨架，同时由于电荷密度减小，链间的排斥力降低，使得树脂吸水率增大。当AM的用量过 大时，相对的AMPS用量较少，形成的PAM较多，可溶部分增加，吸水率下降。摩尔比

图1AMPS/AM(物质的量)对吸水率的影响2．2反应体系pH对树脂吸水率的影响

改变反应体系pH，其他反应条件同2.1所述。pH对树脂吸水率的影响如图2所示，从图2中可 以看出 树脂的吸水率随着pH的增大而先增大后减小，在pH值为3.5时树脂吸水率最大。pH较低时， 由于溶液中含有大量的H+，使得聚合物中酰胺基部分以［CONH3］+形式存在，显示出 一定的阳离子性，与高分子链上的磺酸根存在一定的作用力，使得高分子网络成卷曲状态， 无法伸展，导致吸水量小；当pH过高时，可能由于溶液中磺酸根较多，相互排斥力较大，使 聚合不充分，网络结构较松散，吸水量较低。

pH

图2pH对吸水率的影响2．3交联剂用量对树脂吸水率的影响

改变交联剂用量，其他反应条件同2.1所述，交联剂的加入量对树脂的吸水率影响如图3所示 。由图3中可看出， 随着交联剂用量的增加，树脂吸水率先增大后减小， 交联剂的最佳用 量 为单体质量的0.032%。交联剂量少时交联反应不完全,交联度小,网络结构不明显，树脂的吸 水能力差；当交联剂的用量增加，交联程度增加，树脂的空间网络结构增多，树脂吸水量增 大；交联剂用量继续增大时，交联度过大，树脂网络结构变的较紧密，使水分子难以进入， 因此吸水能力开始下降。

玾(MBA)/%

图3交联剂用量对吸水率的影响2．4微波功率对树脂吸水率的影响

固定pH为3.16，NMBA含量为0.02%，反应时间6 min，淀粉含量10%，微波功率对 树脂的吸水率影响(见图4)。从图4中可以看出，吸水率随着微波功率的增大先增大后减小， 微 波强度低时，反应速率较慢，在一定的反应时间内不能完全反应，故吸水率较低，微波强度 过大，反应速率大，易造成液体飞溅，反应不易控制。

玃/%

图4微波功率对吸水率的影响2．5淀粉含量对树脂吸水率的影响

改变淀粉含量(淀粉占单体的总质量分数)，得到的树脂吸水率结果(见图5)。在图5中可以 看出 淀粉与单体质量比为8.5%时吸水率最大。当淀粉含量较少时，能够接枝聚合的支链较少，吸 水速率较低；随着淀粉含量的增加，接枝率增大，吸水率升高，当淀粉的含量太大时，在体 系中比重较大，相对的接枝率较低，吸水率降低［5］。玾(淀粉)/%

图5淀粉含量对吸水率的影响3结构表征

3．1FTIR分析

产物在蒸馏水中多次提纯除去均聚物及残留单体后，用傅立叶变换红外光谱仪（KBr压片） 对其接枝产物进行结构表征，并将其与淀粉分子的红外谱图做比较(见图6)。

A.淀粉；B.淀粉/AM/AMPS

图6树脂的红外光谱

从图6A、B中可以看出，在3 4 40 cm-1，2 923 cm-1，857 cm-1 等处峰位基本没有变化，而在谱图B中，1 681 cm-1处为酰胺基中C=O的 尖锐特征吸收峰，1 540 cm-1处出现了NH2的弯曲振动吸收峰， 而树 脂 中磺酸基的对称伸缩振动和不对称伸缩振动吸收峰分别出现在1 045 cm-1 和1 197 cm-1处，同时碳碳双键的特征峰在红外谱图上没有体现，表 明AM与AMPS已接枝到淀粉分子链上，初步认为该聚合反应为自由基聚合［6］，由于 微波“内加热效应”和“非热效应”的协同作用［7］致使淀粉分子链中带羟基的碳 原子上的氢被夺走，C2与C3间键断裂形成自由基，引发单体聚合。

3.2偏光显微分析

树脂颗粒结构疏松，表面凹凸不平呈皱褶状，比表面积较大，且贯穿有明显的沟壑，骨架呈 明显的网状结构，其中的亮点即为网格点(见图7)。

注：目镜10X，物镜40X，水平分辨率：0.006 057， 垂直分辨率0.007 368；a、b两图合成条件一致，a图中淀粉的含量10%，b图淀粉含量20%。

图7树脂的偏光照片 图7a～图7b对比可以看出， 由于淀粉含量的不同，树脂网格点的紧密程度明显不同，因而当树脂和水接触时，接枝率高 的树脂更容易吸收更多的水（见图7a）。

4结论

（1） 通过单因素实验确定了最佳优化反应条件为 AMPS/AM(物质的量)为1∶1.2；pH为3.5；交联剂用量为0.032%；微波功率为60%；淀粉含量为 8.5%，通过测定得到高吸水性树脂的最大吸蒸馏水倍率为2 260 g/g。

（2） 通过FTIR、偏光显微初步分析可确定淀粉、丙烯酰胺和2丙烯酰 胺基-2甲基丙磺酸进行微波聚合反应制备三元共聚吸水性树脂。

（3） 在不加引发剂和不需氮气保护的条件下，通过微波聚合实现淀粉/丙烯酰胺/2丙烯 酰胺基-2甲基丙磺酸高吸水性树脂的合成。

参考文献：

［1］邹新禧. 超强吸水剂［M］.第2版. 北京:化学工业出版社,2002：404,473 635.[ZK)]

［2］李云雁,何运波,侯昌林. 微波合成淀粉-丙烯酸高吸水性树脂的研究［J］.精细石油化工，2005,4(7):3134.

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［4］修娇,马涛,韩立宏，等. 微波合成淀粉-丙烯酸-聚乙烯醇三元共聚高吸水性 树脂的研究［J］.农产品加工学刊,2006,3(3):2023.

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高吸水树脂及其耐盐性研究 第5篇

1 高吸水树脂的吸水机理

高吸水性树脂由于是一个交联的三维网络结构, 所以其吸水过程是高聚物的溶胀过程, 一个比较复杂的过程。目前, 较为通用的离子网络理论认为, 高吸水树脂在水中, 水分子氢键与高吸水树脂的亲水基团作用, 离子型的亲水基团遇水开始离解, 阴离子固定于高分子链上, 阳离子为可移动离子, 随着亲水基团的进一步离解, 阴离子数目增多, 离子间的静电斥力增大使树脂网络扩张, 同时为了维护电中性, 阳离子不能向外部溶剂扩散, 导致可移动阳离子在树脂网络内的浓度增大, 网络内外的渗透压随之增加, 水分子进一步渗入。随着吸水量的增大网络内外的离子浓度差逐渐减少, 渗透压差趋于零, 同时随着网络扩张其弹性收缩力也在增加, 逐渐抵消阴离子的静电斥力, 最终达到吸水平衡。

2 盐对高吸水树脂吸水倍率的影响

高吸水树脂吸水倍率受盐的影响很大, 如吸收纯水可达400倍~600倍的聚丙烯酸盐系吸水树脂, 吸自来水为250倍~350倍, 生理盐水40倍~60倍, 人工海水7倍~l0倍。盐浓度越高其吸水倍率越低。耐盐性可分为两个方面, 即对钠盐, 钾盐等碱金属盐的耐盐性 (称作耐碱金属盐性) 和对钙盐、镁盐, 铝盐等多价金属盐的耐盐性 (称为耐多价金属盐性) 。一般的耐盐性多指前者。两者给吸水性树脂造成的影响不同, 而多价金属盐对吸水性树脂的破坏性较大。

3 高吸水树脂耐盐性改进方法

由吸水原理可知, 影响树脂吸水能力的因素很多, 主要有交联密度、结构组成、溶液性质、表面形态、制备方法等。改善吸水树脂耐盐性能的主要方法有以下几种。

3.1 高吸水树脂多种多样的亲水性基团

使树脂不但具有梭酸基、磺酸基、磷酸基、叔胺基、季胺基等阴离子和阳离子基团, 而且还有经基、酞胺基等非离子基团。由于非离子基团的引入, 树脂吸水迅速, 在短时间内, 树脂高分子网络电离成离子对, 离子间电荷的相对作用使高分子网束张开产生较大渗透压, 增强树脂的耐盐性和吸水速率。

3.2 高吸水树脂与无机水凝胶复合

无机水凝胶的耐盐性一般较好, 与高吸水性树脂结合在一起, 就可以得到稳定的耐盐性吸水树脂。常用的无机水凝胶有铝凝胶、铁凝胶、钛凝胶、硅凝胶、铬凝胶、膨润土和高岭土等。这种方法主要应用于对产品需求量大, 且要求不太严格的油田开采用堵水剂以及农林业用保水剂等方面[1]。

3.3 高吸水性树脂与离子交换树脂的混合

利用离子交换树脂离子交换的性能, 降低水溶液中的离子浓度, 从而提高高吸水性树脂对盐溶液的吸收能力。比如在片状制品的加工过程中, 用阴离子交换树脂、阳离子交换树脂及高吸水性树脂做成多层的夹层片, 这样可大大提高在盐水中的吸收能力。

3.4 合成两性高吸水树脂

这里所指的两性聚合物是指具有反聚电解质溶液行为的聚电解质, 包括电中性两性聚合物和分子链上同时含有正、负电荷基团但其数目不等的两性聚合物。与一般聚电解质不同, 这类聚合物在盐溶液中的粘度在一定条件下不会随外加盐浓度的增加而减小, 而是随外加盐浓度的增加而上升, 呈现出十分明显的反聚电解质溶液行为, 这是耐盐性吸水树脂研发的一个新动向。

3.5 交联剂的选择

交联剂的使用对树脂的吸水倍率和耐盐性能有很大的影响。交联剂用量的大小, 决定了树脂的空间网络的大小:交联剂链的长短与树脂对水分子的束缚能力以及树脂吸水后的凝胶强度密切相关;交联剂链上的官能团的亲疏水性与数量对树脂的吸水性能也有影响[2]。

4 高吸水树脂的发展趋势

高吸水树脂现在已经运用到很多方面, 繁高吸水树脂目前尚存在许多不足之处, 如高吸水树脂虽然种类繁多, 但普遍应用的品种还比较少;成本较高;许多产品性能不高, 特别是耐盐性、吸水速率、强度还较低, 给应用带来了困难;资源开发欠广泛;合成与加工方法尚待更新开发;价格较高;用途的开发也显得很不广泛;理论及应用研究均不能与需要同步。根据目前的状况, 对今后超强吸水性材料的发展提出以下几种方向:一是降低成本, 价格问题是阻碍吸水性树脂广泛应用的主要因素之一, 为了在农业等方等得到广泛的应用必须降低成本, 这可从生产原料、工艺和设备等方面入手;二是提高性能, 性能也是阻碍吸水性树脂广泛应用的主要因素, 我们应该在保证具有优良吸水性能和保水性能的基础上, 提高高吸水性树脂的吸水速度、耐盐性能、产品的凝胶强度和热稳定性以及可生物降解性。这可以从纤维素、淀粉以及氨基酸等方面着手进行这方面的研究。另外将高吸水性树脂与无机物、有机物或高分子复合, 可制备出成本低廉, 性能优异的高吸水性材料, 而这种材料往往兼有各种性能;三是拓宽用途, 高吸水性树脂的应用不应该只限于作为卫生用品材料等, 它也可以应用于固定酶, 还可用于色谱和传感器, 因此根据它所具有的特殊作用来探索其新用途, 并应用于高科技领域将会迎来又一个销售高峰;四是加强理论研究, 现在的文献报道多集中在产品的合成以及应用领域, 而内部结构、吸水机理、以及定性的通过分子模拟和量化分析报道的很少, 使得理论研究远落后于研发应用。如果没有厚实的理论基础, 吸水树脂的研制开发就会受到束缚, 因此加强理论研究是十分迫切和必要的。

参考文献

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[2]充晓勤.对客户实施用电检查时应注意的事项[J].农村电工, 2011 (6) .

参考文献

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超吸水树脂 第6篇

壳聚糖(CTS)是一种天然高分子可再生资源,具有仅次于纤维素生物相容性和生物降解性的特点,由于含有—OH和—NH２,其高分子链可与不同的材料进行反应而接枝交联, 从而来改善各种性能［５－６］。聚乙烯醇(PVA)是一种在特定条件下可溶于水的高分子材料,其凝胶具备良好的生物相容性、无毒、机械强度好和降解能力强等特征而倍受各地专家关注［７－８］。

本研究选用CTS、PVA与AA制备壳聚糖-聚乙烯醇-聚丙烯酸(CTS-PVA-PAA)高吸水树脂,并考察其在多种盐溶液、不同pH溶液和尿液的吸液效果以及吸水速率、重复吸水性能和不同温度下的保水性,CTS-PVA-PAA高吸水树脂的应用作进一步的探究。

1实验部分

1.1主要试剂与仪器

AA、CTS、PVA,均为AR,广州一马仪器科技有限公司; 过硫酸钾(KPS)、氢氧化钾(KOH),均为AR,广州健阳生物科技有限公司;N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)、氯化钠(NaCl),均为AR,广州山之风化学品有限公司;硫酸镁(MgSO４)、无水氯化钙(CaCl２)、无水硫酸钠(Na２SO４)、三氯化铝(AlCl３)、尿素(H２NCONH２),均为AR,广州市卓升化工有限公司。

傅里叶变换红外光谱仪,广州健阳生物科技有限公司;恒温水浴锅、真空干燥箱,广州一马仪器科技有限公司。

1.2 CTS-PVA-PAA复合高吸水树脂的制备

称3g AA放入烧杯,把烧杯放置在冰水浴环境中滴加0.2g/mL的KOH水溶液到一定程度后中和,冷却备用。称取不同量的CTS、PVA,加入80mL浓度为1%的冰醋酸溶液, 并在80℃恒温水浴锅中搅拌溶解1h,转移到60℃ 的水浴锅中,通入N２30min,加入一定量的KPS产生自由基,反应一定时间,再加入已处理的AA和NMBA,反应一定时间后,把产物置于烘箱中干燥8h,再将其粉碎,过筛,即得到样品。

1.3 CTS-PVA-PAA复合高吸水树脂的性能测试

1.3.1吸液倍率测定

分别往盛有过量体积的蒸馏水(或不同pH溶液、尿液、各种一定浓度的盐溶液)的烧杯中加入含0.5g树脂样品的尼龙布袋,室温(或一定梯度温度)下静置24h后取出,用滤纸除去树脂表面水分并称量其质量。吸水树脂的吸液倍率是通过吸液前后的质量差(m２-m１)与吸液前树脂的质量(m１)之比来表示,见式(1)。

1.3.2重复吸水性能测试

往盛有过量体积的蒸馏水的烧杯中加入含0.5g树脂样品的尼龙布袋,待树脂吸水饱和后,用滤纸除去树脂表面水分并称量其质量。再把复合树脂放入60℃ 烘箱中干燥10h;将干燥的树脂再放入蒸馏水中静置至吸水饱和。重复上述步骤,依次测定复合树脂的吸液倍率。

1.3.3吸液速率的测定

称量0.5g复合树脂样品到尼龙布袋,再放入盛有足量蒸馏水的烧杯中,每隔30min取出布袋用滤纸吸干表面水分后称重,记录下各时间点复合树脂的吸水倍率。

1.4高吸水性树脂的结构表征

红外光谱(FT-IR)分析:把CTS、PVA、PAA、CTS-PAA、 CTS-PVA-PAA分别粉碎,用KBr压片,再用傅里叶红外光谱仪对各样品进行表征(在450~4000cm－１范围内扫描)。

2结果与讨论

2.1 CTS-PVA-PAA复合树脂的IR分析

CTS、PVA、PAA、CTS-PAA和CTS-PVA-PAA复合高吸水性树脂的红外光谱图见图1。1595和1394cm－１处的吸收峰为CTS的氨基特征吸收峰,由d、e曲线可知,CTS接枝AA后,特征峰消失。COO—不对称吸收峰在1570、1450和1407cm－１出现,而1730cm－１属于C  O的吸收峰和酰胺带的C O吸收峰相互叠加,比原CTS强度显著增强,表示AA在CTS分子链上成功接枝［９］。曲线a中1142和849cm－１分别是PVA的—OH对称伸缩振动峰和骨架特征吸收峰,从e曲线可知,这两个峰在光谱曲线中消失,同时,曲线d中的1729cm－１处的—COOR吸收峰明显增强,说明在聚合反应里, PVA的—OH与AA的—COOH已经发生了键合作用［１０］。

2.2 CTS-PVA-PAA复合树脂的吸水性能

2.2.1 CTS-PVA-PAA复合树脂在各种盐溶液中的吸水性能

图2表示了不同浓度的NaCl、Na２SO４、CaCl２和AlCl３的盐溶液对复合树脂吸液倍率的影响。由图中可知,不同种类的盐对树脂吸水能力有不同的影响,而盐溶液浓度越大,树脂的吸水能力就越小,其影响程度为NaCl、Na２SO４、CaCl２和AlCl３依次增大。根据Flory凝胶溶胀理论,吸水树脂的吸液能力与外界溶液中的离子强度成反比。当外部溶液有电解质时,溶液的离子强度就会变大(包括离子浓度价态和离子浓度),导致吸水树脂内外的渗透压下降,从而降低了吸水倍率; 而在同一浓度的盐溶液,电价较高的盐溶液比电价较低的盐溶液更能影响树脂的吸液能力［１１］。

2.2.2 CTS-PVA-PAA复合树脂在人工尿液中的吸水性能

尿液因人而不同,组成成分也不尽相同,为研究复合树脂的吸尿液性能,因此选用美国农务研究所的标准人工尿液配比量:H２O 97.09%,H２NCONH２1.94%,NaCl 0.8%,MgSO４· H２O 0.11%,CaCl２0.06%,结果如表1所示。

从表1可知,CTS-PVA-PAA复合树脂的吸尿液倍率是最高的,其次是CTS-PAA树脂,最低是PAA树脂,这主要是因为CTS和PVA含有耐盐性强的非离子型亲水基团(羟基、氨基等),与AA聚合反应后,复合树脂里的羟基、氨基与羧基钠(—COONa)协同作用,提高了复合树脂在尿液里的吸水性能。

2.2.3不同pH溶液对CTS-PVA-PAA复合树脂吸水性能的影响

图3为树脂吸水倍率与溶液pH值的关系。从图中可知, 在酸性溶液中的复合树脂其吸液能力比较弱,随着溶液趋向于中性时,吸液能力不断增加,在pH=8时,其吸液效果最好; 而当溶液pH>8时,树脂的吸液能力略有减弱,但相对较慢。

在强酸的条件下,复合树脂羧酸钠的Na＋会被H＋置换, 使高吸水树脂形成大量的—COOH,并导致羧酸基电离度下降。同时,树脂三维结构内的Na＋离子不断减少,使树脂内外的渗透压逐渐降低,最终导致吸水能力下降。当外界溶液趋向于碱性时,复合树脂外的Na＋离子也不断增加,而树脂里的基团电离度因同离子效应的产生而不断降低,从而减弱了树脂的吸水性能。同时,由于OH－离子浓度大于H＋离子浓度, OH－离子所产生的静电排斥作用力会使树脂中的高分子链趋向蜷曲,导致吸水树脂吸液倍率降低［１２］。

2.2.4不同温度下CTS-PVA-PAA复合树脂的保水性与时间的关系

图4是CTS-PVA-PAA复合树脂在不同温度环境下的保水能力。由图4可知,吸水树脂分别在50℃和70℃条件下放置250min,仍具有大部分的水分,而在90℃时,失去全部的水分也要200min,说明CTS-PVA-PAA复合树脂具有较好的耐温保水性。但CTS-PVA-PAA复合树脂的保水性随着温度升高和时间的延长显著降低。这是因为吸水树脂与水分子是通过氢键和范德华力结合在一起的,作用力较弱。在温度升高时,水分子热运动加剧,降低了树脂对水分子的束缚力,使水分蒸发增多,导致吸水树脂保水性能显著下降。

2.2.5 CTS-PVA-PAA复合树脂的吸水速率

图5是PAA、CTS-PVA-PAA和CTS-PAA的吸水速率曲线。由图可知,由于CTS的加入,CTS-PVA-PAA、CTS- PAA的吸水速率和倍率都比PAA略有降低,这是因为CTS的加入使树脂高分子链容易缠结,内部结构变得更紧密,导致吸水后树脂分子间扩展难度增加。同时,NH３＋减弱了树脂的离子性,降低了树脂的吸水倍率。而CTS-PVA-PAA比CTS- PAA吸水效果要好,是因为PVA上具有多个非离子型吸水基团(—OH),增强了树脂的吸水能力。

2.2.6 CTS-PVA-PAA复合树脂的重复吸水性能

CTS-PVA-PAA复合树脂的重复吸水能力如图6所示, 当重复吸水次数增加,树脂的吸水能力就逐渐下降。在第7次重复吸水后,树脂的吸水能力仍然可以为原来的60%。这主要是因为水被树脂吸收后会以结合水和自由水的形式存在,在烘干过程中,自由水会首先挥发出去,而结合水因受到高分子交联结构的限制,残留在树脂内部,影响了树脂下次吸水的能力;同时,在烘干的过程中,高温会破坏树脂高分子链的连接和网络空间结构,使凝胶结构坍塌,导致树脂的吸水能力下降。

3结论